JP2008306853A - 過放電防止装置および蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電装置の過放電を防ぐ過放電防止装置を提供すること
【解決手段】蓄電装置の電圧が所定の電圧以下になったときにスイッチを開状態にして、蓄電装置に接続された負荷への電流を遮断し、蓄電装置の電圧がさらに下がったときに自身への入力電流を遮断する過放電防止装置。
【選択図】図１
【解決手段】蓄電装置の電圧が所定の電圧以下になったときにスイッチを開状態にして、蓄電装置に接続された負荷への電流を遮断し、蓄電装置の電圧がさらに下がったときに自身への入力電流を遮断する過放電防止装置。
【選択図】図１
Description
本発明は、キャパシタや電池等の過放電を防ぐ過放電防止装置および該過放電防止装置を備えた蓄電装置に関する。
近年、負極に炭素、正極にコバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池が広く普及している。リチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を持つことから、携帯電話やノートパソコン等の可搬型情報装置に用いられている。
また、蓄電装置として、高い耐久性と高出力、高エネルギー密度を持つリチウムイオンキャパシタが注目されている。リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン二次電池と電気二重層キャパシタの蓄電原理を組み合せ、かつキャパシタとしての特性を発現できるようにした蓄電デバイスである。リチウムイオンキャパシタは、負極の炭素材料にあらかじめリチウムイオンを吸蔵させるプレドーピングという手法により負極の電位が下げられており、大きなエネルギー密度を持つ（例えば、特許文献１参照）。
近年、地球温暖化現象や大気汚染等の環境破壊から地球環境を守るために、化石エネルギーを用いることなく自然の力を利用して電力を発生させる風力発電システムや太陽光発電システム等が注目されている。これら発電システムには、発電した電力の貯蔵や電力の平滑化のために蓄電装置が備えられており、蓄電装置には鉛電池や上述のリチウムイオン二次電池が用いられており、リチウムイオンキャパシタについても、その利用が検討されている。
リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置は、負荷に接続して電力を供給すると電圧が下がるが、負荷に接続し続けていると、電圧が蓄電装置の最小許容電圧より小さくなり、いわゆる過放電により充電が出来なくなる等、破損してしまうという問題があった。そこで、通常、これら蓄電装置には、過放電を防ぐために、蓄電装置の電圧を検出し、所定の電圧になったら負荷への電流を遮断する過放電防止装置が備えられている。
国際公開第０３／００３３９５号パンフレット
しかしながら、従来の過放電防止装置においては、負荷への電流を遮断しても、蓄電装置の電圧を検出する電圧検出部には、電流が流れ続けていた。故に、放電を完全に止められず、電圧検出部で電流を消費して蓄電装置の電圧が最小許容電圧以下となり、いわゆる過放電により蓄電装置が破損してしまうという問題があった。
本発明の課題は、電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置の過放電を防止する装置を提供することである。
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の過放電防止装置は、蓄電装置の過放電防止装置において、前記蓄電装置から出力される電流の導通および遮断を行う第１のスイッチ手段と、前記蓄電装置の電圧が第１の電圧以下になったときに前記第１のスイッチ手段を開状態にする信号を出力し、前記蓄電装置の電圧が第１の電圧以下である第２の電圧以
下のときに入力電流を遮断する第２のスイッチ手段を備えるスイッチ制御手段と、を備える。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の過放電防止装置は、蓄電装置の過放電防止装置において、前記蓄電装置から出力される電流の導通および遮断を行う第１のスイッチ手段と、前記蓄電装置の電圧が第１の電圧以下になったときに前記第１のスイッチ手段を開状態にする信号を出力し、前記蓄電装置の電圧が第１の電圧以下である第２の電圧以
下のときに入力電流を遮断する第２のスイッチ手段を備えるスイッチ制御手段と、を備える。
また、本発明の過放電防止装置は、前記第２のスイッチ手段は、ツェナーダイオードであることが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記第１のスイッチ手段は、電界効果トランジスタであることが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記第１のスイッチ手段は、電界効果トランジスタであることが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記電界効果トランジスタは、ボディダイオードを備えることが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記スイッチ制御手段は前記蓄電装置の電圧が前記第１の電圧より高い第３の電圧以上になったときに前記第１のスイッチ手段を閉状態にする信号を出力し、前記第２のスイッチ手段は前記蓄電装置の電圧が第２の電圧より高いときに前記スイッチ制御手段への電流を導通することが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記スイッチ制御手段は前記蓄電装置の電圧が前記第１の電圧より高い第３の電圧以上になったときに前記第１のスイッチ手段を閉状態にする信号を出力し、前記第２のスイッチ手段は前記蓄電装置の電圧が第２の電圧より高いときに前記スイッチ制御手段への電流を導通することが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記第１の電圧および前記第２の電圧を設定するヒステリシス電圧設定手段をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記スイッチ制御手段は、NPN型の第１のトランジスタおよびPNP型の第２のトランジスタを備え、前記電界効果トランジスタは前記蓄電装置の蓄電部の負極と出力端子との間に接続され、前記ツェナーダイオードのアノードは抵抗を介して前記蓄電部の負極に接続され、カソードは前記蓄電部の正極に接続され、前記第１のトランジスタのベースは前記ツェナーダイオードのアノードと前記抵抗との間に接続され、前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２トランジスタのベースと前記蓄電部の正極に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の負極と前記電界効果トランジスタのソースとの間に接続され、前記第２のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の正極に接続され、前記第２のトランジスタのコレクタは前記電界効果トランジスタのゲートに接続されていることが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記スイッチ制御手段は、NPN型の第１のトランジスタおよびPNP型の第２のトランジスタを備え、前記電界効果トランジスタは前記蓄電装置の蓄電部の負極と出力端子との間に接続され、前記ツェナーダイオードのアノードは抵抗を介して前記蓄電部の負極に接続され、カソードは前記蓄電部の正極に接続され、前記第１のトランジスタのベースは前記ツェナーダイオードのアノードと前記抵抗との間に接続され、前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２トランジスタのベースと前記蓄電部の正極に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の負極と前記電界効果トランジスタのソースとの間に接続され、前記第２のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の正極に接続され、前記第２のトランジスタのコレクタは前記電界効果トランジスタのゲートに接続されていることが望ましい。
本発明の一態様によれば、本発明の蓄電装置は、上記過放電防止装置を備える。
また、本発明の蓄電装置は、過充電防止装置をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、外部から前記第１のスイッチ手段のオンオフ制御を行う外部制御手段をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、過充電防止装置をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、外部から前記第１のスイッチ手段のオンオフ制御を行う外部制御手段をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、前記蓄電装置の蓄電部は、充電可能なキャパシタあるいは電池を１個以上備えることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、前記蓄電部は、リチウムイオンキャパシタであることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、前記蓄電部は、リチウムイオンキャパシタであることが望ましい。
本発明によれば、電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置の過放電を防ぐことができるため、蓄電装置の破損を防ぐことが可能となる。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、第１の本発明の実施の形態に係る蓄電装置を用いた発電システムのブロック図である。
図１は、第１の本発明の実施の形態に係る蓄電装置を用いた発電システムのブロック図である。
本発明の第１の実施の形態に係る発電システム１０１は、発電装置１０２および蓄電装置１０３を備える。また、発電システム１０１は、負荷１０４と接続している。
蓄電装置１０３は、蓄電部１０５および過放電防止部１０６を備える。
蓄電装置１０３は、蓄電部１０５および過放電防止部１０６を備える。
過放電防止部１０６は、スイッチ制御部１０７およびMOSFET１０８を備える。
発電装置１０２は、例えば風力発電機であり、負荷１０４および蓄電装置１０３への電力の供給を行う。
発電装置１０２は、例えば風力発電機であり、負荷１０４および蓄電装置１０３への電力の供給を行う。
蓄電部１０５は、繰り返し充電および放電が可能であり、例えばリチウムイオン２次電池やリチウムイオンキャパシタ等が用いられる。
過放電防止部１０６は、蓄電部１０５の電圧を検出し、該電圧に応じて蓄電装置１０５から供給される電流の導通および遮断を行う。スイッチ制御部１０７は、蓄電部１０５の電圧に応じた信号をMOSFET１０８のゲートに出力する。MOSFET１０８は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、ソースは蓄電部１０５の負極、ゲートはスイッチ制御部１０７、ドレインは負荷に接続しており、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加される電圧に応じて、蓄電部１０５の出力電流の導通および遮断を行う。
過放電防止部１０６は、蓄電部１０５の電圧を検出し、該電圧に応じて蓄電装置１０５から供給される電流の導通および遮断を行う。スイッチ制御部１０７は、蓄電部１０５の電圧に応じた信号をMOSFET１０８のゲートに出力する。MOSFET１０８は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、ソースは蓄電部１０５の負極、ゲートはスイッチ制御部１０７、ドレインは負荷に接続しており、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加される電圧に応じて、蓄電部１０５の出力電流の導通および遮断を行う。
負荷１０４は、例えば発電システムにより供給される電力によって動作する電気機器である。
以下、発電システム１０１の動作を説明する。
以下、発電システム１０１の動作を説明する。
通常、発電装置１０２によって発電される電力によって、蓄電装置１０３を用いることなく、所定以上の電力が負荷１０４に供給されている。しかし、風力発電機のような自然エネルギーを用いて発電を行う発電装置の場合、そのときの状況に応じて発電される電力は変動するため、常に所定以上の電力が得られるとは限らない。そこで、発電装置１０２からの電力が不足している場合、蓄電装置１０３に充電された電力を用いて不足を補う。
スイッチ制御部１０７は、蓄電部１０５の電圧に応じて、MOSFET１０８のゲートに印加する電圧を変化させる。蓄電部１０５の電圧が所定の電圧以上の場合、スイッチ制御部１０７は、MOSFET１０８のゲートに電圧を印加して、MOSFET１０８をオンにして導通状態（すなわちスイッチが閉状態）とし、蓄電部１０５から負荷１０４への電力の供給を可能にする。
蓄電装置１０３を使用して電力を供給すると蓄電部１０５の電圧が下がる。蓄電部１０５の電圧が所定の電圧以下になった場合は、スイッチ制御部１０７は、MOSFET１０８のゲートに電圧を印加せず、MOSFET１０８をオフにして遮断状態（すなわちスイッチが開状態）とし、蓄電部１０５から負荷１０４への電力の供給を不可能にする。
蓄電装置１０３の蓄電部１０５に充電を行い、蓄電部１０５の電圧が所定上になった場合は、スイッチ制御部１０７は、MOSFET１０８のゲートに電圧を印加して、MOSFET１０８をオンにして導通状態（すなわちスイッチが閉状態）とし、蓄電部１０５から負荷１０４への電力の供給を可能にする。
このように、蓄電部１０５の電圧が所定の電圧以下になった場合には、蓄電部１０５の出力電流を遮断し、蓄電装置１０３の過放電を防止する。
また、MOSFET１０８は、ボディダイオード１０９を備えており、MOSFET１０８がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。したがって、MOSFET１０８がオフ、すなわち蓄電部１０５が所定の電圧以下であっても、発電装置１０２から蓄電装置１０３へ電力を供給し、蓄電装置１０３の充電を行うことが可能である。ボディダイオード１０９は、ドレインからソース方向、すなわち放電方向には電流が流れないので、MOSFET１０８がオフであればボディダイオード１０９により放電し、蓄電部１０５の電圧が下がることは無い。
また、MOSFET１０８は、ボディダイオード１０９を備えており、MOSFET１０８がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。したがって、MOSFET１０８がオフ、すなわち蓄電部１０５が所定の電圧以下であっても、発電装置１０２から蓄電装置１０３へ電力を供給し、蓄電装置１０３の充電を行うことが可能である。ボディダイオード１０９は、ドレインからソース方向、すなわち放電方向には電流が流れないので、MOSFET１０８がオフであればボディダイオード１０９により放電し、蓄電部１０５の電圧が下がることは無い。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。
本発明の第２の実施の形態に係る蓄電装置２０１は、蓄電部２０２および過放電防止部２０３を備える。また、蓄電装置２０１は、一対の端子２０４ａおよび２０４ｂを介して不図示の負荷および発電装置に接続し、一対の端子２０５ａおよび２０５ｂを介して外部スイッチ２０６と接続している。なお、端子２０４ａは正極、端子２０４ｂは負極である。
本発明の第２の実施の形態に係る蓄電装置２０１は、蓄電部２０２および過放電防止部２０３を備える。また、蓄電装置２０１は、一対の端子２０４ａおよび２０４ｂを介して不図示の負荷および発電装置に接続し、一対の端子２０５ａおよび２０５ｂを介して外部スイッチ２０６と接続している。なお、端子２０４ａは正極、端子２０４ｂは負極である。
蓄電部２０２は、繰り返し充電および放電が可能であり、例えばリチウムイオン２次電池やリチウムイオンキャパシタ等が用いられる。
過放電防止部２０３は、スイッチ制御部２０７およびMOSFET２０８を備える。
過放電防止部２０３は、スイッチ制御部２０７およびMOSFET２０８を備える。
スイッチ制御部２０７は、コンパレータ２０９、ツェナーダイオード２１０、抵抗２１１、２１２、および電源２１３を備える。
MOSFET２０８は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET２０８のソースは蓄電部２０２の負極、ゲートはコンパレータ２０９の出力端子、ドレインは端子２０４ｂに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部２０２の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET２０８は、ボディダイオード２１４を備えており、MOSFET２０８がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。
MOSFET２０８は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET２０８のソースは蓄電部２０２の負極、ゲートはコンパレータ２０９の出力端子、ドレインは端子２０４ｂに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部２０２の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET２０８は、ボディダイオード２１４を備えており、MOSFET２０８がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。
コンパレータ２０９の非反転入力端子はツェナーダイオード２１０と抵抗２１１の間、反転入力端子は電源２１３、出力端子はMOSFET２０８のゲートにそれぞれ接続されている。また、コンパレータ２０９の電源はツェナーダイオード２１０と抵抗２１１の間から取っている。
ツェナーダイオード２１０のアノードは抵抗２１１、カソードは蓄電部２０２の正極に接続されている。
抵抗２１１は、ツェナーダイオード２１０と蓄電部２０２の負極との間に接続されている。
抵抗２１１は、ツェナーダイオード２１０と蓄電部２０２の負極との間に接続されている。
抵抗２１２は、コンパレータ２０９の非反転入力端子と出力端子との間に接続されている。
電源２１３は、所定の基準電圧をコンパレータ２０９の反転入力端子に印加する。
電源２１３は、所定の基準電圧をコンパレータ２０９の反転入力端子に印加する。
外部スイッチ２０６は、コンパレータ２０９の出力端子とMOSFET２０８のソースとの間に接続されている。外部スイッチ２０６は、オンにすると開状態となり、オフにすると閉状態なる。
以下、蓄電装置２０１の動作を説明する。
尚、最初、外部スイッチ２０６はオンになっており、蓄電部２０２は十分に充電されているものとする。
尚、最初、外部スイッチ２０６はオンになっており、蓄電部２０２は十分に充電されているものとする。
蓄電部２０２は十分に充電されているので、蓄電部２０２の電圧Vcはツェナーダイオード２１０の降伏電圧Vz以上であるため、ツェナーダイオード２１０には逆方向に電流が流れる。
コンパレータ２０９の非反転入力端子にはツェナーダイオード２１０と正帰還抵抗２１２に基づく電圧、反転入力端子には電源２１３の基準電圧が入力される。蓄電部２０２の電圧が所定の電圧以上の場合、非反転入力端子の電圧は、反転入力端子に入力される基準
電圧より高いため、コンパレータ２０９の出力はＨとなり、MOSFET２０８がオンとなる。
電圧より高いため、コンパレータ２０９の出力はＨとなり、MOSFET２０８がオンとなる。
MOSFET２０８がオンの場合、MOSFET２０８は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れる。したがって、蓄電装置２０１から負荷に電力が供給される。
蓄電装置２０１を使用すると蓄電部２０２の電圧が下がる。するとコンパレータ２０９の非反転入力端子の入力電圧は反転入力端子に入力される基準電圧より低くなるため、コンパレータ２０９の出力はＬとなり、MOSFET２０８がオフとなる。
蓄電装置２０１を使用すると蓄電部２０２の電圧が下がる。するとコンパレータ２０９の非反転入力端子の入力電圧は反転入力端子に入力される基準電圧より低くなるため、コンパレータ２０９の出力はＬとなり、MOSFET２０８がオフとなる。
MOSFET２０８がオフの場合、MOSFET２０８は遮断状態となり、ドレインからソースに電流は流れない。したがって、蓄電装置２０１から負荷に電力が供給されず、蓄電装置２０１の放電は停止する。
蓄電装置２０１から負荷に電力が供給されない状態でも、蓄電装置２０１内部では抵抗２１１により電力は消費され、蓄電部２０２の電圧は徐々に下がっていく。蓄電部２０２の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧Vz以下となると、電流が遮断され、スイッチ制御部２０７の消費電力はゼロとなる。これにより、蓄電部２０２の放電は完全に停止する。
したがって、蓄電部２０２の電圧はこれ以上下がらず、蓄電部２０２の電圧は最小許容電圧より小さくなることはない。よって蓄電部２０２は不具合を起こさず、安全な状態に保たれ、長期間保管することが可能となる。
リチウムイオンキャパシタは所定の電圧以下になると破損してしまうため、常に所定の電圧以下にならないようにする必要がある。本実施の形態に係る蓄電装置は、スイッチ制御部の消費電力がゼロであり、蓄電部の電圧は最小許容電圧より小さくなることはないので、蓄電部にリチウムイオンキャパシタを用いた場合に特に効果的である。
蓄電装置２０１の充電を行う場合、端子２０４ａおよび２０４ｂを介して電力が供給される。その場合、MOSFET２０８はボディダイオードを備えているため、MOSFET２０８の状態にかかわらず、ソースからドレイン方向には電流は流れる。したがって、MOSFET２０８がオフであっても、蓄電部２０２の充電は可能である。
蓄電装置２０１が充電され、蓄電部２０２の電圧が所定の電圧以上になると、再びコンパレータ２０９の出力はＨとなり、MOSFET２０８がオンとなる。そして、MOSFET２０８は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れ、蓄電装置２０１から負荷に電力が供給される。
抵抗２１２によりコンパレータ２０９には正帰還がかかっているため、コンパレータ２０９はヒステリシス動作となる。すなわち、コンパレータ２０９の出力がＨからＬ、ＬからＨに切り替わるときの、蓄電部２０２の電圧が異なる。コンパレータ２０９の出力がＨからＬになるときの蓄電部２０２の電圧を第１の電圧、コンパレータ２０９の出力がＬからＨになるときの蓄電部２０２の電圧を第２の電圧とすると、第２の電圧は第１の電圧より高く、また２つの電圧の差、すなわちヒステリシス電圧は抵抗２１２により設定可能である。コンパレータ２０９がヒステリシスを持つことにより、チャタリングを防ぐことができる。
また、外部スイッチ２０６がオフの場合、外部スイッチ２０６は閉状態となり、MOSFET２０８のソースとゲートの電位が同じとなるので、MOSFET２１２はオフとなり、蓄電装置２０１の放電は停止する。このように、外部スイッチ２０６により、外部からMOSFET２０８の制御を行うことができる。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る蓄電装置の各部の波形図を示す図である。
図３のグラフは縦軸が電圧、横軸が時間である。
グラフ３０１は、蓄電部２０２の出力電圧であり、グラフ３０２はコンパレータ２０９の非反転入力端子の入力電圧である。
図３のグラフは縦軸が電圧、横軸が時間である。
グラフ３０１は、蓄電部２０２の出力電圧であり、グラフ３０２はコンパレータ２０９の非反転入力端子の入力電圧である。
時間Ａ以前では負荷がかかっておらず、蓄電部２０２およびコンパレータ２０９の非反転入力端子の電圧は一定である。このときの蓄電部２０２の電圧はVcであり、コンパレータ２０９の非反転入力端子の電圧は、蓄電部２０２の電圧からツェナーダイオード２１０の降伏電圧Vzを引いた値に、最初コンパレータ２０９の出力がＨであることから正帰還抵抗２１２による電圧hを加算した値となる。また、降伏電圧Vzは、蓄電部２０２の最小許容電圧以上である。
そして、時間Ａにおいて、負荷がかかると蓄電部２０２およびコンパレータ２０９の非反転入力端子の電圧が下がっていく。
時間Ｂにおいて、蓄電部２０２の電圧が所定の電圧以下となると、コンパレータ２０９の非反転入力端子の電圧は、反転入力端子の電圧Vr以下となり、コンパレータ２０９の出力がＨからＬとなる。するとMOSFET２０８は遮断状態となり、蓄電装置２０１から負荷に電力が供給されなくなる。
時間Ｂにおいて、蓄電部２０２の電圧が所定の電圧以下となると、コンパレータ２０９の非反転入力端子の電圧は、反転入力端子の電圧Vr以下となり、コンパレータ２０９の出力がＨからＬとなる。するとMOSFET２０８は遮断状態となり、蓄電装置２０１から負荷に電力が供給されなくなる。
時間Ｂ以降において、蓄電装置２０１から負荷に電力が供給されない状態でも、蓄電装置２０１内部では抵抗２１１により電力は消費され、蓄電部２０２の電圧は徐々に下がっていく。蓄電部２０２の電圧がツェナーダイオード２１０の降伏電圧Vz以下となると、電流が遮断され、スイッチ制御部２０７の消費電力はゼロとなる。これにより、蓄電部２０２の放電は完全に停止する。したがって、蓄電部２０２の電圧はこれ以上下がらず、蓄電部２０２の電圧は最小許容電圧より小さくなることはない。よって蓄電部２０２は不具合を起こさず、安全な状態に保たれ、長期間保管することが可能となる。
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。
本発明の第３の実施の形態に係る蓄電装置４０１は、蓄電部４０２および過放電防止部４０３を備える。また、蓄電装置４０１は、一対の端子４０４ａおよび４０４ｂを介して不図示の負荷および発電装置と接続している。また、端子４０４ａは正極、端子４０４ｂは負極である。
本発明の第３の実施の形態に係る蓄電装置４０１は、蓄電部４０２および過放電防止部４０３を備える。また、蓄電装置４０１は、一対の端子４０４ａおよび４０４ｂを介して不図示の負荷および発電装置と接続している。また、端子４０４ａは正極、端子４０４ｂは負極である。
蓄電部４０２は、繰り返し充電および放電が可能であり、例えばリチウムイオン２次電池やリチウムイオンキャパシタ等が用いられる。
過放電防止部４０３は、スイッチ制御部４０５およびMOSFET４０６を備える。
過放電防止部４０３は、スイッチ制御部４０５およびMOSFET４０６を備える。
スイッチ制御部４０５は、トランジスタ４０７、４０８、ツェナーダイオード４０９、および抵抗４１０〜４１６を備える。
MOSFET４０６は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET４０６のソースは蓄電部４０２の負極、ゲートは抵抗４１５、ドレインは端子４０４ｂに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部４０２の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET４０６は、ボディダイオード４１７を備えており、MOSFET４０６がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。
MOSFET４０６は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET４０６のソースは蓄電部４０２の負極、ゲートは抵抗４１５、ドレインは端子４０４ｂに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部４０２の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET４０６は、ボディダイオード４１７を備えており、MOSFET４０６がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。
トランジスタ４０７はNPN型トランジスタであり、トランジスタ４０８はPNP型トランジスタである。トランジスタ４０７のベースは抵抗４１１、コレクタは抵抗４１２、エミッタは蓄電部４０２の負極に接続されている。また、トランジスタ４０８のベースは抵抗４１２、エミッタは蓄電部４０２の正極、コレクタは抵抗４１５に接続されている。
ツェナーダイオード４０９のアノードは抵抗４１０、カソードは蓄電部４０２の正極に接続されている。
抵抗４１０は、ツェナーダイオード４０９と蓄電部４０２の負極の間に接続されている。
抵抗４１０は、ツェナーダイオード４０９と蓄電部４０２の負極の間に接続されている。
抵抗４１１は、ツェナーダイオード４０９と抵抗４１０の間とトランジスタ４０７のベースとの間に接続されている。
抵抗４１２は、トランジスタ４０７のコレクタとトランジスタ４０８のベースとの間に接続されている。
抵抗４１２は、トランジスタ４０７のコレクタとトランジスタ４０８のベースとの間に接続されている。
抵抗４１３は、蓄電部４０２の正極とトランジスタ４０８のベースとの間に接続されている。
抵抗４１４は、トランジスタ４０８のコレクタと蓄電部４０２の負極との間に接続されている。
抵抗４１４は、トランジスタ４０８のコレクタと蓄電部４０２の負極との間に接続されている。
抵抗４１５は、トランジスタ４０８のコレクタとMOSFET４０６のゲートとの間に接続されている。
抵抗４１６は、抵抗４１１と抵抗４１５との間に接続されている。
抵抗４１６は、抵抗４１１と抵抗４１５との間に接続されている。
以下、蓄電装置４０１の動作を説明する。
尚、最初、蓄電部４０２は十分に充電されているものとする。
蓄電部４０２は十分に充電されているので、蓄電部４０２の電圧はツェナーダイオード４０９の降伏電圧以上であるため、ツェナーダイオード４０９には逆方向に電流が流れる。
尚、最初、蓄電部４０２は十分に充電されているものとする。
蓄電部４０２は十分に充電されているので、蓄電部４０２の電圧はツェナーダイオード４０９の降伏電圧以上であるため、ツェナーダイオード４０９には逆方向に電流が流れる。
ツェナーダイオード４０９に電流が流れると、トランジスタ４０７はオンになり、トランジスタ４０８もオンとなる。
すると、MOSFET４０６のゲートに電圧が印加されるので、MOSFET４０６はオンとなる。
すると、MOSFET４０６のゲートに電圧が印加されるので、MOSFET４０６はオンとなる。
MOSFET４０６がオンの場合、MOSFET４０６は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れる。したがって、蓄電装置４０１から負荷に電力が供給される。
蓄電装置４０１を使用すると蓄電部４０２の電圧が下がる。蓄電部４０２の電圧が下がると、トランジスタ４０７のベース−エミッタ間電圧も下がり、所定の電圧以下でトランジスタ４０７はオフとなる。トランジスタ４０７がオフとなると、トランジスタ４０８もオフとなり、ゲートの電位とソースの電位は等しくなるため、MOSFET４０６はオフとなる。
蓄電装置４０１を使用すると蓄電部４０２の電圧が下がる。蓄電部４０２の電圧が下がると、トランジスタ４０７のベース−エミッタ間電圧も下がり、所定の電圧以下でトランジスタ４０７はオフとなる。トランジスタ４０７がオフとなると、トランジスタ４０８もオフとなり、ゲートの電位とソースの電位は等しくなるため、MOSFET４０６はオフとなる。
MOSFET４０６がオフの場合、MOSFET４０６は遮断状態となり、ドレインからソースに電流は流れない。したがって、蓄電装置４０１から負荷に電力が供給されず、蓄電装置４０１の放電は停止する。
蓄電装置４０１から負荷に電力が供給されない状態でも、蓄電装置４０１内部では抵抗４１０により電力は消費され、蓄電部４０２の電圧は徐々に下がっていく。蓄電部４０２の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧Vz以下となると、電流が遮断され、スイッチ制御部４０５の消費電力はゼロとなる。これにより、蓄電部４０２の放電は完全に停止する。したがって、蓄電部４０２の電圧はこれ以上下がらず、蓄電部４０２の電圧は最小許容電圧より小さくなることはない。よって蓄電部４０２は不具合を起こさず、安全な状態に保たれ、長期間保管することが可能となる。
リチウムイオンキャパシタは所定の電圧以下になると破損してしまうため、常に所定の電圧以下にならないようにする必要がある。本実施の形態に係る蓄電装置は、スイッチ制御部の消費電力がゼロであり、蓄電部の電圧は最小許容電圧より小さくなることはないので、蓄電部にリチウムイオンキャパシタを用いた場合に特に効果的である。
蓄電装置４０１の充電を行う場合、端子４０４ａおよび４０４ｂを介して電力が供給される。その場合、MOSFET４０６はボディダイオード４１７を備えているため、MOSFET４０６の状態にかかわらず、ソースからドレイン方向には電流は流れる。したがって、MOSFET４０６がオフであっても、蓄電部４０２の充電は可能である。
蓄電装置４０１が充電され、蓄電部４０２の電圧が所定の電圧以上になると、再びMOSFET４０６はオンとなる。そして、MOSFET４０６は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れ、蓄電装置４０１から負荷に電力が供給される。
また、スイッチ制御部４０５はヒステリシスを持ち、トランジスタ４０７がオンの場合は蓄電部４０２の電圧が所定の第１の電圧以下となるとトランジスタ４０７はオフとなり、トランジスタ４０７がオフの場合は蓄電部４０２の電圧が第１の電圧より高い所定の第２の電圧以上となるとトランジスタ４０７はオンとなる。トランジスタ４０７がオンからオフになるときの蓄電部４０２の電圧とオフからオンなるときの蓄電部４０２の電圧の差、すなわちヒステリシス電圧は抵抗４１６の抵抗値を変えることにより任意の値に設定することが可能である。
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。
本発明の第４の実施の形態に係る蓄電装置５０１は、蓄電部５０２および過放電防止部５０３を備える。また、蓄電装置５０１は、一対の端子５０４ａおよび５０４ｂを介して不図示の負荷および発電装置と接続している。また、端子５０４ａは正極、端子５０４ｂは負極である。
本発明の第４の実施の形態に係る蓄電装置５０１は、蓄電部５０２および過放電防止部５０３を備える。また、蓄電装置５０１は、一対の端子５０４ａおよび５０４ｂを介して不図示の負荷および発電装置と接続している。また、端子５０４ａは正極、端子５０４ｂは負極である。
蓄電部５０２は、１０個のリチウムイオンキャパシタ５０２’が直列に接続されて構成される。リチウムイオンキャパシタ５０２’は、充電および放電可能なキャパシタである。リチウムイオンキャパシタ１個当たりの最大電圧は３．８Ｖであり、最小許容電圧は２．２Ｖである。よって、蓄電部５０２の最大電圧は３８Ｖ、最小許容電圧は２２Ｖとなる。また蓄電部５０２のリチウムイオンキャパシタ５０２’は１個または複数でも良く、リチウムイオンキャパシタ５０２’の代わりにリチウムイオン２次電池等の任意の蓄電手段を用いることもできる。
過放電防止部５０３は、スイッチ制御部５０５およびMOSFET５０６を備える。
スイッチ制御部５０５は、トランジスタ５０７、５０８、電圧検出ＩＣ５０９、ツェナーダイオード５１０〜５１２、抵抗５１３〜５２０、キャパシタ５２１〜５２４を備える。
スイッチ制御部５０５は、トランジスタ５０７、５０８、電圧検出ＩＣ５０９、ツェナーダイオード５１０〜５１２、抵抗５１３〜５２０、キャパシタ５２１〜５２４を備える。
MOSFET５０６は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET５０６のソースは蓄電部５０２の負極、ゲートは抵抗５２０、ドレインは端子５０４ｂに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部５０２の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET４０６は、ボディダイオード５２５を備えており、MOSFET５０６がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。
トランジスタ５０７はNPN型トランジスタであり、トランジスタ５０８はPNP型トランジスタである。トランジスタ５０７のベースは電圧検出ＩＣ５０９の出力端子、コレクタは
抵抗５１６、エミッタは蓄電部５０２の負極に接続されている。また、トランジスタ４０８のベースは抵抗５１７、エミッタは蓄電部５０２の正極、コレクタは抵抗５１８に接続されている。
抵抗５１６、エミッタは蓄電部５０２の負極に接続されている。また、トランジスタ４０８のベースは抵抗５１７、エミッタは蓄電部５０２の正極、コレクタは抵抗５１８に接続されている。
電圧検出ＩＣ５０７の入力端子は抵抗５１３と抵抗５１４との間、ＧＮＤ端子は蓄電部５０２の負極、出力端子はトランジスタ５０８のゲートに接続されている。電圧検出ＩＣ５０７の出力は、入力電圧が１．５Ｖ以上のときＨであり、１．５Ｖ未満のときＬである。
ツェナーダイオード５１０のアノードは抵抗５１３、カソードは蓄電部５０２の正極に接続されている。また、ツェナーダイオード５１０の降伏電圧は２２Ｖである。
ツェナーダイオード５１１のアノードは蓄電部５０２の負極、カソードは電圧検出ＩＣ５０９の入力端子に接続されている。
ツェナーダイオード５１１のアノードは蓄電部５０２の負極、カソードは電圧検出ＩＣ５０９の入力端子に接続されている。
ツェナーダイオード５１２のアノードは蓄電部５０２の負極、カソードは抵抗５１９に接続されている。また、ツェナーダイオード５１２の降伏電圧は１５Ｖである。
抵抗５１３は、ツェナーダイオード５１０と電圧検出ＩＣ５０９の入力端子との間に接続されている。
抵抗５１３は、ツェナーダイオード５１０と電圧検出ＩＣ５０９の入力端子との間に接続されている。
抵抗５１４は、電圧検出ＩＣ５０９の入力端子と蓄電部５０２の負極と間に接続されている。
抵抗５１５は、電圧検出ＩＣ５０９の入力端子と電圧検出ＩＣ５０９の出力端子との間に接続されている。
抵抗５１５は、電圧検出ＩＣ５０９の入力端子と電圧検出ＩＣ５０９の出力端子との間に接続されている。
抵抗５１６は、ツェナーダイオード５１０とトランジスタ５０７のコレクタとの間に接続されている。
抵抗５１７は、トランジスタ５０８のベースとトランジスタ５０７のコレクタとの間に接続されている。
抵抗５１７は、トランジスタ５０８のベースとトランジスタ５０７のコレクタとの間に接続されている。
抵抗５１８は、トランジスタ５０８のコレクタと蓄電部５０２の負極と間に接続されている。
抵抗５１９は、トランジスタ５０８のコレクタと抵抗５２０との間に接続されている。
抵抗５１９は、トランジスタ５０８のコレクタと抵抗５２０との間に接続されている。
抵抗５２０は、抵抗５１９とMOSFET５０６のゲートとの間に接続されている。
抵抗５１３〜５２０の抵抗はそれぞれ、１ｋΩ、４７ｋΩ、１００ｋΩ、３３０ｋΩ、１００ｋΩ、３３０ｋΩ、２２０ｋΩ、１５０Ωである。
抵抗５１３〜５２０の抵抗はそれぞれ、１ｋΩ、４７ｋΩ、１００ｋΩ、３３０ｋΩ、１００ｋΩ、３３０ｋΩ、２２０ｋΩ、１５０Ωである。
キャパシタ５２１は、ツェナーダイオード５１０と並列に接続されている。
キャパシタ５２２は、電圧検出ＩＣ５０９の入力端子と蓄電部５０２の負極と間に接続されている。
キャパシタ５２２は、電圧検出ＩＣ５０９の入力端子と蓄電部５０２の負極と間に接続されている。
キャパシタ５２３は、電圧検出ＩＣ５０９の出力端子と蓄電部５０２の負極と間に接続されている。
キャパシタ５２４は、ツェナーダイオード５１２と並列に接続されている。
キャパシタ５２４は、ツェナーダイオード５１２と並列に接続されている。
キャパシタ５２１〜５２４の静電容量は０．１Ｆである。
以下、蓄電装置５０１の動作を説明する。
尚、蓄電部５０２は十分に充電されているものとする。
以下、蓄電装置５０１の動作を説明する。
尚、蓄電部５０２は十分に充電されているものとする。
また、蓄電装置５０１の最小許容電圧は２２．０Ｖ、過放電保護電圧は２３．５Ｖ、過
放電保護復帰電圧は２３．７Ｖ、負荷運転開始電圧は２５．０Ｖ、最大許容電圧は３８．０Ｖである。
放電保護復帰電圧は２３．７Ｖ、負荷運転開始電圧は２５．０Ｖ、最大許容電圧は３８．０Ｖである。
蓄電部５０２は十分に充電されているので、蓄電部５０２の電圧はツェナーダイオード５１０の降伏電圧以上であるため、ツェナーダイオード５１０には逆方向に電流が流れる。
蓄電部５０２は十分に充電されているので、電圧検出ＩＣ５０９の入力端子の電圧も１．５Ｖ以上となり、電圧検出ＩＣ５０９の出力はＨとなる。
電圧検出ＩＣ５０９の出力がＨの場合、トランジスタ５０７はオンになり、トランジスタ５０８もオンとなる。
電圧検出ＩＣ５０９の出力がＨの場合、トランジスタ５０７はオンになり、トランジスタ５０８もオンとなる。
すると、MOSFET５０６のゲートには、ツェナーダイオード５１２で制限された電圧が印加されるので、MOSFET５０６はオンとなる。
MOSFET５０６がオンの場合、MOSFET５０６は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れる。したがって、蓄電装置５０１から負荷に電力が供給される。
MOSFET５０６がオンの場合、MOSFET５０６は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れる。したがって、蓄電装置５０１から負荷に電力が供給される。
蓄電装置５０１を使用すると蓄電部５０２の電圧が下がる。蓄電部５０２の電圧が下がると、電圧検出ＩＣ５０９の入力端子の電圧も１．５Ｖ未満となり、電圧検出ＩＣ５０９の出力はＬとなる。すると、トランジスタ５０７はオフとなり、トランジスタ５０８もオフとなり、ゲートの電位とソースの電位は等しくなるため、MOSFET５０６はオフとなる。
MOSFET５０６がオフの場合、MOSFET５０６は遮断状態となり、ドレインからソースに電流は流れない。したがって、蓄電装置５０１から負荷に電力が供給されず、蓄電装置５０１の放電は停止する。
蓄電装置５０１から負荷に電力が供給されない状態でも、蓄電装置５０１内部では抵抗５１３、５１４により電力は消費され、蓄電部５０２の電圧は徐々に下がっていく。蓄電部５０２の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧２２．０Ｖ以下となると、電流が遮断され、スイッチ制御部５０５の消費電力はゼロとなる。これにより、蓄電部５０２の放電は完全に停止する。したがって、蓄電部５０２の電圧は、これ以上下がらず、蓄電部５０２の電圧は最小許容電圧より小さくなることはない。よって蓄電部５０２は不具合を起こさず、安全な状態に保たれ、長期間保管することが可能となる。
リチウムイオンキャパシタは所定の電圧以下になると破損してしまうため、常に所定の電圧以下にならないようにする必要がある。本実施の形態に係る蓄電装置は、スイッチ制御部の消費電力がゼロであり、蓄電部の電圧は最小許容電圧より小さくなることはないので、蓄電部にリチウムイオンキャパシタを用いた場合に特に効果的である。
蓄電装置５０１の充電を行う場合、端子５０４ａおよび５０４ｂを介して電力が供給される。その場合、MOSFET５０６はボディダイオード５２５を備えているため、MOSFET５０６の状態にかかわらず、ソースからドレイン方向には電流は流れる。したがって、MOSFET５０６がオフであっても、蓄電部５０２の充電は可能である。
蓄電装置５０１が充電され、蓄電部５０２の電圧がツェナーダイオード５１０の降伏電圧２２．０Ｖ以上になると、上記に説明したように、ツェナーダイオード５１０に電流が流れ、再びMOSFET５０６はオンとなる。そして、MOSFET５０６は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れ、蓄電装置５０１から負荷に電力が供給される。
また、スイッチ制御部５０５はヒステリシスを持ち、電圧検出ＩＣ５０９の出力がＨの
場合は蓄電部５０２の電圧が過放電保護電圧である２３．５Ｖ未満となると電圧検出ＩＣ５０９の出力はＬとなり、電圧検出ＩＣ５０９の出力がＬの場合は蓄電部５０２の電圧が過放電保護復帰電圧である２３．７Ｖ以上となると電圧検出ＩＣ５０９の出力はＨとなる。電圧検出ＩＣ５０９の出力がＨからＬになるときの蓄電部５０２の電圧とＬからＨになるときの蓄電部５０２の電圧の差、すなわちヒステリシス電圧は抵抗５１５の抵抗値を変えることにより任意の値に設定することが可能である。
場合は蓄電部５０２の電圧が過放電保護電圧である２３．５Ｖ未満となると電圧検出ＩＣ５０９の出力はＬとなり、電圧検出ＩＣ５０９の出力がＬの場合は蓄電部５０２の電圧が過放電保護復帰電圧である２３．７Ｖ以上となると電圧検出ＩＣ５０９の出力はＨとなる。電圧検出ＩＣ５０９の出力がＨからＬになるときの蓄電部５０２の電圧とＬからＨになるときの蓄電部５０２の電圧の差、すなわちヒステリシス電圧は抵抗５１５の抵抗値を変えることにより任意の値に設定することが可能である。
次に過放電防止部だけでなく過充電を防止する過充電防止部を備えた蓄電装置について説明する。
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。
本発明の第５の実施の形態に係る蓄電装置６０１は、蓄電部６０２、過放電防止部６０３、過充電防止部６０４を備える。また、蓄電装置６０１は、一対の端子６０５ａおよび６０５ｂを介して不図示の負荷および発電装置と接続している。また、端子６０５ａは正極、端子６０５ｂは負極である。
蓄電部６０２は、繰り返し充電および放電が可能であり、例えばリチウムイオン２次電池やリチウムイオンキャパシタ等が用いられる。
過放電防止部６０３は、過放電防止スイッチ制御部６０６およびMOSFET６０７を備える。
過放電防止部６０３は、過放電防止スイッチ制御部６０６およびMOSFET６０７を備える。
過放電防止スイッチ制御部６０６は、コンパレータ６０８、ツェナーダイオード６０９、抵抗６１０〜６１２、および電源６１３を備える。
MOSFET６０７は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET６０７のソースは蓄電部６０２の負極、ゲートは抵抗６１２と介してコンパレータ６０８の出力端子、ドレインは過充電防止部６０４を介して端子６０５ｂに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部６０２の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET６０７は、ボディダイオード６１４を備えており、MOSFET６０７がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち、充電方向に電流を流し、蓄電部６０２の充電が可能である。
MOSFET６０７は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET６０７のソースは蓄電部６０２の負極、ゲートは抵抗６１２と介してコンパレータ６０８の出力端子、ドレインは過充電防止部６０４を介して端子６０５ｂに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部６０２の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET６０７は、ボディダイオード６１４を備えており、MOSFET６０７がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち、充電方向に電流を流し、蓄電部６０２の充電が可能である。
コンパレータ６０８の非反転入力端子はツェナーダイオード６０９と抵抗６１０の間、反転入力端子は電源６１３、出力端子は抵抗６１２を介してMOSFET６０７のゲートにそれぞれ接続されている。また、コンパレータ６０８の電源はツェナーダイオード６０９と抵抗６１０の間から取っている。
ツェナーダイオード６０９のアノードは抵抗６１０、カソードは蓄電部６０２の正極に接続されている。
抵抗６１０は、ツェナーダイオード６０９と蓄電部６０２の負極との間に接続されている。
抵抗６１０は、ツェナーダイオード６０９と蓄電部６０２の負極との間に接続されている。
抵抗６１１は、コンパレータ６０８の非反転入力端子と出力端子との間に接続されている。
抵抗６１２は、コンパレータ６０８の出力端子とMOSFET６０７のゲートとの間に接続されている。
抵抗６１２は、コンパレータ６０８の出力端子とMOSFET６０７のゲートとの間に接続されている。
電源６１３は、所定の基準電圧Vr1をコンパレータ６０８の反転入力端子に印加する。
過充電防止部６０４は、過充電防止スイッチ制御部６１５およびMOSFET６１６を備える。
過充電防止部６０４は、過充電防止スイッチ制御部６１５およびMOSFET６１６を備える。
過充電防止スイッチ制御部６１５は、フォトカプラ６１７、コンパレータ６１８、ツェナーダイオード６１９、抵抗６２０〜６２３、および電源６２４を備える。
MOSFET６１６は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET６１６のソースは端子６０５ｂ、ゲートはトランジスタ６２７のコレクタ、ドレインは過放電防止部６０３を介して蓄電部６０２の負極に接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部６０２への入力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET６１６は、ボディダイオード６２５を備えており、MOSFET６１６がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち、放電方向に電流を流し、負荷に電力を供給することが可能である。
MOSFET６１６は、ｎチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET６１６のソースは端子６０５ｂ、ゲートはトランジスタ６２７のコレクタ、ドレインは過放電防止部６０３を介して蓄電部６０２の負極に接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部６０２への入力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET６１６は、ボディダイオード６２５を備えており、MOSFET６１６がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち、放電方向に電流を流し、負荷に電力を供給することが可能である。
フォトカプラ６１７は、発光ダイオード６２６およびフォトトランジスタ６２７を備える。フォトカプラ６１７の発光ダイオード６２６のアノードは蓄電部６０２の正極、カソードは抵抗６２２に接続されている。フォトカプラ６１７のトランジスタ６２７のコレクタは抵抗６２３、エミッタは端子６０５ｂに接続されている。フォトカプラ６１７は、発光ダイオード６２６に順方向に電流が流れるとフォトトランジスタ６２７はオンとなり、コレクタからエミッタに電流が流れる。
コンパレータ６１８の非反転入力端子は電源６２４、反転入力端子はツェナーダイオード６１９と抵抗６２０の間、出力端子は抵抗６２２を介して発光ダイオード６２６のカソードにそれぞれ接続されている。また、コンパレータ６１８の電源はツェナーダイオード６１９と抵抗６２０の間から取っている。
ツェナーダイオード６１９のカソードは蓄電部６０２の正極、アノードは抵抗６２０に接続されている。また、ツェナーダイオード６１９の降伏電圧はVz2である。
抵抗６２０は、ツェナーダイオード６１９と蓄電部６０２の負極との間に接続されている。
抵抗６２０は、ツェナーダイオード６１９と蓄電部６０２の負極との間に接続されている。
抵抗６２１は、コンパレータ６１８の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。
抵抗６２２は、コンパレータ６１８の出力端子と発光ダイオード６２６のカソードとの間に接続されている。
抵抗６２２は、コンパレータ６１８の出力端子と発光ダイオード６２６のカソードとの間に接続されている。
抵抗６２３は、蓄電部６０２の正極とフォトトランジスタ６２７のコレクタとの間に接続されている。
電源６２４は、所定の基準電圧Vr2をコンパレータ６１８の非反転入力端子に印加する。
電源６２４は、所定の基準電圧Vr2をコンパレータ６１８の非反転入力端子に印加する。
以下、蓄電装置６０１に動作を説明する。
尚、最初、蓄電部６０２は十分に充電されているものとする。但し、蓄電部６０２の電圧はツェナーダイオード６１９の降伏電圧Vz2以下である。
尚、最初、蓄電部６０２は十分に充電されているものとする。但し、蓄電部６０２の電圧はツェナーダイオード６１９の降伏電圧Vz2以下である。
蓄電部６０２は十分に充電されているので、過放電防止部６０３のMOSFET６０７はオンとなり、蓄電部６０２から負荷へ電力の供給は可能である。また、MOSFET６０７は、ボディダイオード６１４を備えているので、MOSFET６０７がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち充電方向に電流を流し、蓄電部６０２を充電することが可能である。
蓄電部６０２の電圧がツェナーダイオード６１９の降伏電圧Vz2以下であるとき、ツェナーダイオード６１９には電流が流れず、コンパレータ６１８の出力はＨとなる。すると
、発光ダイオード６２６のカソードの電位はアノードの電位以上となるので、発光ダイオード６２６に電流は流れない。したがって、フォトトランジスタ６２７はオフとなり、MOSFET６１６のゲートには電圧が印加され、MOSFET６１６はオンとなる。
、発光ダイオード６２６のカソードの電位はアノードの電位以上となるので、発光ダイオード６２６に電流は流れない。したがって、フォトトランジスタ６２７はオフとなり、MOSFET６１６のゲートには電圧が印加され、MOSFET６１６はオンとなる。
MOSFET６１６がオンの場合、MOSFET６１６は導通状態となり、ドレインからソースに電流を流すことができる。したがって、蓄電部６０２を充電することが可能である。
また、MOSFET６１６は、ボディダイオード６２５を備えているので、MOSFET６１６がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち放電方向に電流を流し、負荷に電力を供給することが可能である。
また、MOSFET６１６は、ボディダイオード６２５を備えているので、MOSFET６１６がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち放電方向に電流を流し、負荷に電力を供給することが可能である。
蓄電部６０２が充電され、蓄電部６０２の電圧がツェナーダイオード６１９の降伏電圧Vz2以上となると、ツェナーダイオード６１９に電流が流れる。そして、さらに蓄電部６０２が充電され、蓄電部６０２の電圧が所定の電圧以上となると、コンパレータ６１８の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧Vr2以上となり、コンパレータ６１８の出力はＬとなる。
すると、発光ダイオード６２６には順方向に電流が流れ、フォトトランジスタ６２７はオンとなり、コレクタからエミッタに電流が流れる。これによりMOSFET６１６のゲートの電位とソースの電位は等しくなるため、MOSFET６１６はオフとなる。
MOSFET６１６がオフの場合、MOSFET６１６は遮断状態となり、ドレインからソースに電流は流れない。すなわち充電方向に電流は流れない。したがって、発電装置から端子６０５ａ、６０５ｂを介して蓄電部６０２に電流が流れず、蓄電部６０２の充電は行われない。また、MOSFET６１６はボディダイオード６２５を備えているので、MOSFET６１６がオフであっても、放電方向に電流を流し、負荷に電力を供給することは可能である。
このように、蓄電部６０２の電圧が所定の電圧以上となると、過充電防止部６０４は蓄電部６０２が充電されないようにする。これにより、蓄電部６０２が過充電により破損するのを防ぐことができる。
蓄電装置６０１を使用すると蓄電部６０２の電圧が下がる。そして、蓄電部６０２の電圧が所定の電圧以下となったときに、過放電防止部６０３はMOSFET６０７をオフとし、負荷への電力の供給を遮断する。蓄電部６０２の電圧が下がった場合の過放電防止部６０３の動作については、第２の実施の形態に係る蓄電装置の過放電防止部２０３と同様であるので、詳細は省略する。
以上本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成を取ることができる。例えば、本発明の蓄電装置をインバータやコンバータと組み合せることにより、交流を必要とする負荷や種々の電圧の負荷に対して電力を供給することができる。
１０１ 発電システム
１０２ 発電装置
１０３ 蓄電装置
１０４ 負荷
１０５ 蓄電部
１０６ 過放電防止部
１０７ スイッチ制御部
１０８ MOSFET
２０１ 蓄電装置
２０２ 蓄電部
２０３ 過放電防止部
２０４ａ，２０４ｂ，２０５ａ，２０５ｂ 端子
２０６ 外部スイッチ
２０７ スイッチ制御部
２０８ MOSFET
２０９ コンパレータ
２１０ ツェナーダイオード
２１１，２１２ 抵抗
２１３ 電源
２１４ ボディダイオード
４０１ 蓄電装置
４０２ 蓄電部
４０３ 過放電防止部
４０４ａ，４０４ｂ 端子
４０５ スイッチ制御部
４０６ MOSFET
４０７，４０８ トランジスタ
４０９ ツェナーダイオード
４１０〜４１６ 抵抗
４１７ ボディダイオード
５０１ 蓄電装置
５０２ 蓄電部
５０２’ リチウムイオンキャパシタ
５０３ 過放電防止部
５０４ａ，５０４ｂ 端子
５０５ スイッチ制御部
５０６ MOSFET
５０７，５０８ トランジスタ
５０９ 電圧検出ＩＣ
５１０〜５１２ ツェナーダイオード
５１３〜５２０ 抵抗
５２１〜５２４ キャパシタ
５２５ ボディダイオード
６０１ 蓄電装置
６０２ 蓄電部
６０３ 過放電防止部
６０４ 過充電防止部
６０５ａ，６０５ｂ 端子
６０６ 過放電防止スイッチ制御部
６０７ MOSFET
６０８ コンパレータ
６０９ ツェナーダイオード
６１０〜６１２ 抵抗
６１３ 電源
６１４ ボディダイオード
６１５ 過充電防止スイッチ制御部
６１６ MOSFET
６１７ フォトカプラ
６１８ コンパレータ
６１９ ツェナーダイオード
６２０〜６２３ 抵抗
６２４ 電源
６２５ ボディダイオード
６２６ 発光ダイオード
６２７ フォトトランジスタ
１０２ 発電装置
１０３ 蓄電装置
１０４ 負荷
１０５ 蓄電部
１０６ 過放電防止部
１０７ スイッチ制御部
１０８ MOSFET
２０１ 蓄電装置
２０２ 蓄電部
２０３ 過放電防止部
２０４ａ，２０４ｂ，２０５ａ，２０５ｂ 端子
２０６ 外部スイッチ
２０７ スイッチ制御部
２０８ MOSFET
２０９ コンパレータ
２１０ ツェナーダイオード
２１１，２１２ 抵抗
２１３ 電源
２１４ ボディダイオード
４０１ 蓄電装置
４０２ 蓄電部
４０３ 過放電防止部
４０４ａ，４０４ｂ 端子
４０５ スイッチ制御部
４０６ MOSFET
４０７，４０８ トランジスタ
４０９ ツェナーダイオード
４１０〜４１６ 抵抗
４１７ ボディダイオード
５０１ 蓄電装置
５０２ 蓄電部
５０２’ リチウムイオンキャパシタ
５０３ 過放電防止部
５０４ａ，５０４ｂ 端子
５０５ スイッチ制御部
５０６ MOSFET
５０７，５０８ トランジスタ
５０９ 電圧検出ＩＣ
５１０〜５１２ ツェナーダイオード
５１３〜５２０ 抵抗
５２１〜５２４ キャパシタ
５２５ ボディダイオード
６０１ 蓄電装置
６０２ 蓄電部
６０３ 過放電防止部
６０４ 過充電防止部
６０５ａ，６０５ｂ 端子
６０６ 過放電防止スイッチ制御部
６０７ MOSFET
６０８ コンパレータ
６０９ ツェナーダイオード
６１０〜６１２ 抵抗
６１３ 電源
６１４ ボディダイオード
６１５ 過充電防止スイッチ制御部
６１６ MOSFET
６１７ フォトカプラ
６１８ コンパレータ
６１９ ツェナーダイオード
６２０〜６２３ 抵抗
６２４ 電源
６２５ ボディダイオード
６２６ 発光ダイオード
６２７ フォトトランジスタ
Claims (12)
- 蓄電装置の過放電防止装置において、
前記蓄電装置から出力される電流の導通および遮断を行う第１のスイッチ手段と、
前記蓄電装置の電圧が第１の電圧以下になったときに前記第１のスイッチ手段を開状態にする信号を出力し、前記蓄電装置の電圧が第１の電圧以下である第２の電圧以下のときに入力電流を遮断する第２のスイッチ手段を備えるスイッチ制御手段と、
を備えることを特徴とする過放電防止装置。 - 前記第２のスイッチ手段は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１記載の過放電防止装置。
- 前記第１のスイッチ手段は、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１または２記載の過放電防止装置。
- 前記電界効果トランジスタは、ボディダイオードを備えることを特徴とする請求項３記載の過放電防止装置。
- 前記スイッチ制御手段は、前記蓄電装置の電圧が前記第１の電圧より高い第３の電圧以上になったときに前記第１のスイッチ手段を閉状態にする信号を出力し、
前記第２のスイッチ手段は、前記蓄電装置の電圧が第２の電圧より高いときに前記スイッチ制御手段への電流を導通することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の過放電防止装置。 - 前記第１の電圧および前記第２の電圧を設定するヒステリシス電圧設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の過放電防止装置。
- 前記スイッチ制御手段は、NPN型の第１のトランジスタおよびPNP型の第２のトランジスタを備え、
前記電界効果トランジスタは前記蓄電装置の蓄電部の負極と出力端子との間に接続され、
前記ツェナーダイオードのアノードは抵抗を介して前記蓄電部の負極に接続され、カソードは前記蓄電部の正極に接続され、
前記第１のトランジスタのベースは前記ツェナーダイオードのアノードと前記抵抗との間に接続され、前記第１のトランジスタのコレクタは前記第２トランジスタのベースと前記蓄電部の正極に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の負極と前記電界効果トランジスタのソースとの間に接続され、
前記第２のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の正極に接続され、前記第２のトランジスタのコレクタは前記電界効果トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の過放電防止装置。 - 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の過放電防止装置を備えることを特徴とする蓄電装置。
- 過充電防止装置をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の蓄電装置。
- 外部から前記第１のスイッチ手段のオンオフ制御を行う外部制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項８または９に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置の蓄電部は、充電可能なキャパシタあるいは電池を１個以上備えることを
特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電部は、リチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項１１記載の蓄電装置。
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